计算机控制技术

计算机控制技术（精选十篇）

计算机控制技术 篇1

计算机控制技术的产生及发展

计算机控制技术是由数字计算机对动态系统进行控制的技术,它是随着计算机技术的发展而出现的。在计算机的控制系统中,自动控制中的常规控制设备由数字计算机来代替,用来调节和控制动态系统,进而使计算机控制技术实现根本性变革。数字计算机具有强大的功能,主要具备了采集、传送、存贮、处理大量数据的能力,使自动控制开始变革发展,在此基础上以计算机为主要控制设备的一个新阶段顺势开启。

在计算机控制系统中有数据采集、数据处理、实时控制这三个主要部分贯穿于整个控制过程中。控制系统可做到对被控参数的实时检测,处理好其输入到计算机系统的部分,同时还要按照已经设计好的控制规律准确计算出计算控制量,之后再发出控制信号。计算机控制技术要求在一定时间内完成信号的输入、计算和输出,确保控制的时效性。此外,整个信息处理过程不可重复,要按照指标去完成工作。还要监测好被控参数和设备本身存在的异常,找到问题后及时处理,从根本上保证系统能顺利完成工作,符合工作实践的需求。

计算机控制技术的概述

1.计算机控制的基本概念

(1)开环控制系统:系统的输出量如果对系统的控制作用毫无影响,就可以将其称为开环控制系统。开环控制系统的一大优势就是对系统的输出量无需测量,也不必将输出量反馈到输入端进行多方比较。

(2)闭环控制系统:只要是系统输出的信号都会给控制作用的系统带来直接的影响,这种系统就被称为闭环控制系统,也可以将闭环控制系统看做是反馈系统,同时它还具有稳定性。

2.计算机控制系统的主要特点

(1)在结构上除了计算机控制系统中测量装置、执行机构等一些比较常用的模拟部件外,计算机控制系统中数字计算机就是系统中具有控制执行功能的关键部件,也是核心。所以,可以说模拟和数字部件的混合系统就是计算机控制系统。

(2)连续模拟信号是计算机控制系统中不可缺少的,但是除此之外还含有数字信号,事实上计算机控制系统与连续控制系统两者间有明显不同之处,要用专门的理论去设计、分析。

(3)计算机的运算能力极强,所以计算机控制系统中往往可以将分时控制的方式应用到控制器(控制计算机)上,这样有利于同时控制多个回路。

(4)计算机控制系统的指令系统丰富,并且逻辑判断功能强大,主要采用离散控制方式。而在具体操作中,则可以通过计算机控制系统达到管理控制一体化。

3.计算机控制系统的控制过程

分为两个部分:一是实时数据采集;二是实时控制决策。对测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入,之后还要分析和处理采集到的被控量数据,以控制规律为依据进行仔细的研究。

计算机控制技术的具体应用及未来发展方向

1.在人们的日常生活中,计算机控制技术已经成为非常重要的一部分,被广泛应用到多个方面。计算机控制技术无论是对于微型系统还是大型系统来说,都是它们必不可少的,由此可以看出计算机控制技术的重要性。近年来,计算机技术在快速发展,微型计算机也在日益普及,随之也出现了多种微型控制器,这些控制器价格低,且性能优良,适用的范围很广,有利于降低计算机控制器的成本,促使计算机控制技术更好的运用和发展。除此之外,借助于各种软件编程,实现灵活、复杂的控制算法,从而可将计算机控制技术运用到交通运输、农业生产、国防建设等多个领域,也能获得更好的效果。总之,在计算机技术的进步和控制理论的发展形势下,会出现更多先进的计算机控制技术,也会有更可靠的控制效果,适用更为广阔的范围,也进一步推动了国民经济的大发展。

2.未来计算机控制系统的发展趋势

(1)计算机集成制造系统

CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)就是所谓的计算机集成制造系统CIMS,它的应用是以三大技术为基础,一是自动化技术,二是制造技术,三是信息技术。借助于计算机及其软件,对生产环节涉及的生产规划、生产控制、产品设计、生产设备等一系列所需系统进行针对性的有机集成,由此可以消除自动化孤岛,实现智能制造系统,并具有多品种、高效益、高柔性。

(2)集散控制系统

在过程控制领域里,集散控制系统技术在日趋完善,也成为时下的主流系统,被使用的领域也更为广泛。从目前的形势变化来看,由于该系统以微处理器作为基础,所以也可以将集散控制系统称为分散型信息综合控制系统。在集散控制系统发展的初始阶段,实现分散控制是集散控制的主要目的,所以分散控制系统这一名称在国外一直被沿用,即DCS(Distributed Control System)。到了80年代,全系统信息的综合管理成为了分散控制系统处理的重点技术。因综合管理和分散控制这两大特征始终是其重点考虑的问题,所以也称为分散型综合控制系统,简称集散系统。

(3)智能控制系统

到目前为止,还没有对智能控制下一个统一准确的定义。因此,我们认为智能控制就是指在智能机器的自主驱动下实现其自动控制的目标。我们也可以认为智能控制是智能机器的驱使下,无需人的操作就能实现自动控制目标,自主机器人的控制就属于这类的最好证明。基于上述的两种情况,就可以将智能控制系统的概念概况为:操作人员无需干预,只要能驱动自主智能机器就将其目标的自动控制系统得以实现的自动控制系统。该类系统首先要具备的就是智能调节和执行能力。控制论、人工智能、系统学和运筹学等多个学科被智能控制用做理论基础。

(4)低成本自动化系统

计算机的各种功能在逐渐的完善,呈现出大容量、高速度发展的特点,同时综合自动化系统也在改善。国际上开始转向低成本自动化LCA,并且LCA已经被国际自动控制联合委员会定为系列学术会议之一,具有重要意义。

结束语

计算机控制技术 篇2

09热工一班姚跃辉200910610118

计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。自动控制技术在许多工业领域获得了广泛的应用，但是由于生产工艺日益复杂，控制品质的要求越来越高，简单的控制理论有时无法解决复杂的控制问题。计算机的应用促进了控制理论发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。

计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有莫属转换器和数模转换器这两个环节。

计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设

定值上。这种系统称为闭环控制系统。

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

（1）数据采集系统

在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。

（2）直接数字控制系统

计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。

微型计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。学习该课程对我们工科专业的学生是十分重要而有用的。

计算机控制技术课程实践教学 篇3

【关键词】计算机控制系统；教学研究；实验设计

0.引言

现行的教学模式下存在的一些问题如下：偏于实际，忽略理论，将对学生深造和后续职业发展不利；偏重理论教学，难以将理论与应用结合，学生出校门却无一技之长，无法立即服务于社会；教与学的脱节，难于调动多数学生的学习积极性。为此本文在教学实践的基础上，提出了从教学的组织和实验的管理的计算机控制系统课程体系的安排，希望能得到同行的指点，共同进步。

1.课堂教学内容组织

课堂教学一直是教学的重点。首先要对课堂内容进行有机的组织。教学内容组织的原则是根据课程定位，兼顾基础性、实用性，注重基本理论和基本方法，注重工程应用价值，舍去那些理论上先进而工程上极少应用的高级或复杂算法，舍去那些适用场合不多的硬件配置模式，整合其他的相关课程资源，依照学生的水平，重点突出，主要确保多数学生不掉队。选定的课程四大核心内容为：以数字控制理论为主体，从连续控制引入数字控制；控制算法及其编程方法；智能控制理论的应用；典型计算机控制系统的组成结构和设计。教学环节中，教给学生学习的方法比传授知识更重要。教学中主要注意以下问题：

1.1在讨论式教学中学会问问题

学习中最重要的就是学会思考，带着问题来思考，是最重要的学习原则。在课堂上要尽量多提一些问题，注意将问题的来龙去脉说清楚，有些自我解答，有些找学生解答，有些则留给学生课后思考，下次上课时，利用较短的时间进行总结和讨论。

1.2培养兴趣，找到乐趣

“兴趣是最好的老师”。有了兴趣和乐趣，就能够忙而不累，乐而忘忧，就容易产生灵感，事半功倍。

1.3勤于动手，善于转化

要多给学生动手，以便能把知识转化为动手能力。这一点会由于不同学生差别很大，因此不同层次的学生要用实验室的时间不同。

1.4学会综合

要解决实际问题，靠哪一项单科知识都是不够的，靠的是综合后的知识。本课程的特点之一就是综合，包括多门已学课程的知识综合，理论与实践的综合，硬件与软件的综合等等。所以要在课程学习中注重综合。

教学可以和纵向科研联合，将科研成果转化成专业教学内容和教学设备，形成鲜明的专业教学特色，可以大大激发学生的学习兴趣。教学也可以和横向项目相联合，建设校企产学研合作实践基地，促成教学与生产的结合，校企双方优势互补、资源互用，是促进科技发展，培养专门人才的重要途径。

2.实验的设计和管理

传统的以课堂讲授为主、实验为辅的教学模式存在严重的缺陷。因为所开设的实验多数是验证型实验，所有的实验对象都已经封装好，学生只需要插线联接，很快就可以获得实验结果。学生尽管完成了实验，但无法真正将各门课程所学的内容融会贯通；更重要的是与实际工作中的设计过程差别甚远。

为此，采用了实验教学与理论教学并行的教学模式。学生的实验针对课堂上所设立的控制系统进行，如电阻炉温度控制系统。首先，利用两个学时在课堂上讲解整个系统的功能、组成和工作过程；在学生对整个计算机控制系统有了初步认识以后，在实验室演示已设计好的控制系统，向学生细致说明理论内容与实物的对应关系，如计算机、加热元件、接口电路、出发电路、检测元件和执行机构等，再结合实物和学生讨论设计方案及他们所提出的问题。然后，学生将自己的设计方案带到实验室去验证。最后是同学们对自己所设计的系统进行调试和优化。

通过系统级—元件级的循环过程，同学们不仅对计算机控制系统课程的核心思想有了深刻的理解，而且亲身体验了实际产品设计的全过程，也充分认识到实践操作的重要性，感受到设计成功的喜悦，大大激发了继续学习的兴趣。除了基础实验，按照从浅入深设计了四个综合实验：

2.1数字控制算法模块化

根据课程教学内容，采用C语言对各类数字控制算法（包括：PID算法及其变形、数字滤波算法、最少拍算法、达林算法、状态观测器算法等）按照模块化设计思想进行编程开发，以方便系统使用。

2.2温度闭环数字控制系统

用简易电加热温度控制箱与微机实验箱构成一个温度闭环控制系统，由学生按照自己设计的控制方案进行系统硬件的连接和配置，同时从控制算法模块中选择需要的算法，通过调整控制器参数以及外部扰动条件，观察系统的运行情况。

2.3步进电机数字闭环控制系统

用小型直流步进电机随动装置与微机实验箱构成一个步进电机闭环控制系统，由学生按照实验设计的控制方案进行系统硬件的连接和配置，同时从控制算法模块中选择需要的算法组态控制系统，通过施加外部扰动，观察系统的运行情况，并做实时记录分析。

2.4带上位监控的数字闭环控制系统

在数字闭环控制系统实现的基础上，可考虑开发带上位监控功能的在线闭环系统。通过该监控软件平台，可实现对系统控制算法的组态、控制器参数的调整和定值的修改等，同时要开发一些运行监控画面，包括系统工艺图、运行参数实时趋势曲线、报警画面和参数一览画面等。使学生可根据自己的设计方案，通过该平台系统灵活的调整控制算法和对系统运行监控。该课程的实验内容更加符合快速发展的计算机工程控制技术要求，使学生走上工作岗位后能够尽快地适应实际工作。

3.结语

最佳教学效果的取得，需要依据生源情况因材施教，课堂教学之外，教学的管理也很关键，实验教学，作业情况，答辩和最终考核都需要认真执行才能达到效果，避免流于形式。不过带来的问题是：对教师投入的精力要求较多。另一方面，实验室还没有实现全开放，学生自由实验受到资源和时间的限制。因此，还有必要探究更加合理的教学过程，改进教学手段，以达到该门课程教学效果的最优化。

【参考文献】

[1]倪小勇，薛晶滢，乔培.再谈多媒体教学在高校的发展与应用[J].中国教育信息化，2011，（15）.

[2]叶依如，叶晰.高校信息技术与课程整合的发展现状研究[J].温州医学院学报，2009，（04）.

计算机通信传输控制技术浅析 篇4

1.1 MAC技术

MAC技术即介质控制访问子层协议, 对数据包如何位于介质中实施传输展开研究。该协议主体在OSI七层协议之中的链路层中, 为管控链接物理层介质的技术。具体包含主导以及辅助技术。前者涵盖令牌控制以及总线争用手段, 后者则主要辅助前者进行应用。

1.2 CSMA技术

此技术为总线征用手段, 特征为不要求具体的发送时间, 也就是在任何节点或是时间中发送信息数据。在多节点同步传送数据过程中, 可利用具体规则对发送次序进行定义, 进而保证信息数据能够快速有效的送达。另外, 其规定在任何节点之中, 均首先要检测总线状态, 倘若处在空闲状态便实施发送, 倘若在繁忙状态, 则要等待相应的时间后方实施再次检测, 以保证传输有效精准性。该技术虽体现了简单快速特点, 然而在应用过程中还要随机使用信道, 因此包含一定的不确定性, 需要不断改进以及优化, 方能确保通信技术更加成熟。

1.3 令牌技术

该技术为时间触发访问机制, 包含分布式以及集中式两类。分布式技术多在主站之中应用, 原理为令牌独立性, 可位于主站逻辑环进行循环, 利用调度算法令主站取得调度权, 发起通信。集中式技术原理为从任务调度表之中明确哪一总线节点包含仲裁权, 而后获取此节点应用权, 并将缓存信息传输至总线。相比来讲, 集中式技术体现了精准影响性, 还可有效明确网络延时, 然而在处理突发问题上包含欠缺性, 即不像分布式技术那样更加精准。

1.4 差错控制技术

传输信息数据阶段中, 较难避免差错问题, 因而通过差错控制处理技术可进行有效修正, 在一定层面还原差错至初始状态, 保证信息数据精准性。信息传输阶段中需要通过物理层直至链路层, 应用差错控制处理, 则会对信息传输直接实施检验, 并完成差错信息修复还原。数据链路层通常较其他层更快感知数据包丢失状况, 进而快速进行反应, 重新对数据进行整理以及传输。因此, 在差错检验阶段中, 检测分析链路层以及纠正分析主要包含重复自动请求以及前向纠正错误两类。

前者适合传输高可靠要求的信息, 因此, 为降低链路层以及传输层重传干扰影响, 应通过有效的手段令链路层位于路由器位置抑制ACK, 预防其达到源端, 杜绝信息拥塞最终对算法形成负面影响。另外, 该技术通常应用于出错率水平不高的链路, 可更加快速的处理差错数据帧。

前向纠正技术在要传输的数据块之中添加冗余信息完成损伤数据重建, 进而令破损数据包完成直接修复, 预防发生不断重复的数据包上传问题, 实现良好修复的最终目标。因此, 该技术更广泛的在无线环境中应用, 同时不会对TCP形成干扰影响。

2 计算机通信传输控制技术实施要点

2.1 软件松散耦合设计

计算机通信传输控制技术服务模块涵盖测试信道状态、优选信道、封装协议以及发布信息、安全处置等。可依据需要完成配选。该功能模块松散耦合设计更新了传统设计分析之中功能模块界限不清晰、高依赖性的紧耦合缺陷, 提升了系统的可扩充性、方便维护以及可重组性。另外, 依据系统空间、通信技术、集成人员可合理装设同需求关联的功能构件, 以契合各个形式的报文处理、传输目标、协议以及传输信息标准, 更完善的保障不同模块信息关系, 令维护员工可精准的察觉问题, 并做好维护以及修复, 令整体网络传输服务工具可始终处在正常应用运行状态。

2.2 信息传输跨平台设计

信息传输跨平台设计具体涵盖移植软件以及跨平台传输。为预防平台异构增加复杂性, 服务软件针对平台相应的驱动机制以及通信系统接口完成封装处理, 并形成统一接口, 进而由各个平台针对软件工具的跨平台移植形成高效有序的管理, 令软件代码更加清晰, 并可对后续完善修改提供良好条件。另外, 从信息跨平台传输层面来讲, 基于各类平台针对多字节系统信息种类阐释不同, 令网络传输控制软件依照默认字节反映各个平台之中的数据包, 这样一来将不能正确辨识分析数据。因此, 在明确对外节后, 要通过网络传输工具针对各个平台系统软件做增加预处理, 进而令数据包内各类多字节信息种类的字段能够统一构成标准字节序。

2.3 多协议透明解析以及封装

网络传输控制软件基于传输协议运行过程中, 应利用多重相对立解析模块, 实现业务应用工具的有效分离。在对外提供输出接口过程中, 需要通过多协议封装以及解析令应用业务软件更为透明清晰, 并令处理业务软件技术更精确。传输信息阶段中, 具体包含的协议为交换以及传输协议。前者用于对应用层信息进行标识, 而对一些相对简答数据的传输则无需利用信息交换。其用于鉴别信息帧种类、发送方、长度以及接收方的过程中, 会令传输信息帧更为可靠安全。另外, 透明性多协议封装以及解析阶段主要借助上层安全管控软件完成, 并可位于交换服务层实现格式转化, 可在传输服务层内封装并解析传输协议。

3 结论

总之, 伴随网络通信以及集成控制手段的持续发展, 计算机网络传输控制技术势必会发展成为一个具有高扩充性、可进行裁剪, 方便各类体系连接信息传输平台的高级手段, 利用有效设计规划, 可合理的应对传统应用过程中的信息传输不足问题, 进而令计算机通信传输控制技术持续的向着系统性、通用性以及组合性方向全面发展。

参考文献

[1]陆文红, 蒙劲.小议通信网络安全问题分析及维护措施[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2010 (10) .

[2]如先姑力·阿布都热西提.计算机网络安全对策的研究[J].科技信息 (学术研究) , 2008 (10) .

[3]张海涛, 郭大波.多媒体通信技术的现状与待解决问题[J].长春工业大学学报 (自然科学版) , 2011 (05) .

《_计算机控制技术》教案 篇5

一 教学目的和基本要求

工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制是为适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。本课程的目的是简明、系统地向学生介绍关于工业计算机控制系统的设计和实现的基本原理与技术，以提高本专业学生应用计算机的能力，为今后从事计算机控制系统的研究和开发工作打下一个良好的基础。

基本要求： 掌握工业计算机控制系统的基本组成原理及特点，了解计算机控制系统的发展概况及趋势； 2 熟悉计算机控制系统的性能指标； 数字程序控制：熟练掌握逐点比较法插补原理和步进电机的控制技术； 4 熟练掌握数字PID控制器的设计及其参数的整定； 5 熟练掌握最少拍无纹波控制器的设计； 现代控制技术：掌握采用状态空间的输出反馈设计法和极点配臵设计法； 掌握常用的几种复杂控制的原理：纯滞后控制，串级控制，前馈-反馈控制和解耦控制； 8 掌握模糊控制的基本概念和模糊控制器的设计方法； 9 了解分散型测控网络的简单技术； 熟练掌握计算机控制系统中测量数据的预处理技术； 11 掌握计算机系统中的抗干扰技术。

二 内容提要

本课程从工程技术的观点介绍工业计算机控制系统的组成原理和系统的设计与实现技术。主要内容如下：

绪论

主要介绍计算机控制系统的组成原理，特点，指标要求，发展概况和趋势。2 数字程序控制

重点介绍逐点比较插补法原理和步进电机的控制技术。3 常规控制技术

1）数字控制器的连续化设计：重点介绍目前应用广泛的数字PID控制器的工程实现和参数的整定：

2）离散化设计技术

重点介绍最少拍无纹波控制器的设计。4 模糊控制技术

1）模糊控制技术的数学基础：主要包括模糊集合及其运算，模糊关系，模糊逻辑和模糊推理。2）模糊控制原理：主要包括模糊化，知识库，模糊推理和清晰化。

3）模糊控制器的设计：包括模糊控制器的结构设计，模糊规则的选择和推理，模糊控制器论域及比例因字的确

定，模糊控制器程序的编写。

5现代控制技术

主要介绍采用状态空间的输出反馈设计法，极点配臵设计法和最优化设计法。6 复杂控制技术

简单介绍纯滞后补偿控制，串级控制，前馈-反馈控制和解耦控制。7 应用程序设计与实现

包括程序设计技术，测量数据的预处理技术，数字控制器的工程实现和软件抗干扰技术。8 分散型测控网络技术

简单介绍工业网技术，分散型控制系统和现场总线技术。

9 计算机控制系统设计与实现

以实例说明计算机控制系统的设计与实现全过程。

三 教案的主要内容

第1章 绪论

1.概述

随着科学技术的进步,人们越来越多地用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展，使自动控制技术正向着深度和广度两个方向发展。在广度方面，国民经济的各个领域----从工业过程控制、农业生产和国防技术到家用电器已广泛使用计算机控制；控制对象也从单一对象的局部控制发展到对整个工厂、整个企业等大规模复杂对象的控制。在深度方面则向智能化发展，出现了自适应、自学习等智能控制方法。

本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制计算机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。2 重点与难点

2.1 控制系统的几个重要概念

1.自动控制一般是指应用控制器自动地、有目的地控制或操纵控制对象，使之能够达到所要求的性能。控制对象是被控制的机器、物体及其所处的外部环境等。控制器是为达到系统要求的性能所使用的控制装臵，它可采用电气、机械或液压等技术来完成控制操作。

2.控制系统由控制器和控制对象两大部分组成，控制器是控制系统中

最重要的部分，它从质和量的方面决定了控制系统的性能和应用范围。一个控制系统一般应满足以下两个基本要求：(1)跟随输入

对一个控制系统通常都要求其输出量随输入量的变化而变化，输入量可能是常数或随时间变化的轨迹，对于前者通常把输入称为给定值或期望值，而后者常称为参考输入或期望输入。

(2)系统输出尽量不受干扰的影响

3．开环和闭环控制系统

若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量进行比较。

凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。

2．2计算机控制系统

1．采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为 数字控制系统。若不考虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。进一步，若将连续的控制对象和保持器一起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。所以采样和离散系统理论是研究计算机控制系统的理论基础

2．计算机控制系统的控制过程可以归结为一下三步：

（1）实时数据采集：对来自测量变送装臵的被控量的瞬 时 值进行检测和输入。

（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制规律决定进一步的的控制过程。

（3）实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

3．“实时“的含义是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，以及计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出了这个时间就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具体过程，一个在线系统不一定是一个实时系统，但是一个实时控制系统必定是一个在线系统。

2．3 计算机控制系统的典型形式

计算机控制系统所采用的形式与它所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。它们是：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC），DDC 2 系统属于计算机闭环控制系统，是计算机工业生产过程中最普遍的一种应用方式；监督控制系统；分散控制系统和现场总线控制系统。

2．4 计算机控制系统的性能及其指标

计算机控制系统的性能跟连续系统类似，可以用稳定性、能控性、能观性、稳态特性、动态特性来表征，相应地用稳态裕量、稳态指标、动态指标和综合指标来衡量一个系统的好坏和优劣。

第2章 数字程序控制技术

2．1概述

数字程序控制主要用于机床的控制，如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等自动控制系统中。采用数字程序控制的机床叫做数控机床，数控机床具有能加工形状复杂的另件、加工精度高、生产效率高、便于改变加工零件品种等许多特点，它是实现机床自动化的一个重要发展方向。本章介绍数字程序控制基础、逐点比较法插补原理以及步进电机控制技术。

2．2 重点与难点

2．2．1 逐点比较法插补原理

逐点比较法插补就是刀具或画笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走，…。如此走一步看一看，比较一次，决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点逼近插补

2．2．2 步进电机控制技术

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换器。在开环数字控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。指令脉冲的总数决定了数控系统的工作台或刀具的总移动量，指令脉冲的频率就决定了移动的速度。因此指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决与步进电机的性能。

第3章 常规及复杂控制技术

3.1概述 计算机控制系统的设计,是指在给定系统性能指标的条件下,设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。本章主要介绍计算机控制系统的常规和复杂控制技术。常规控制技术介绍数字控制器的连续化设计技术和离散化设计技术；复杂控制技术介绍纯滞后控制、串级控制等技术。对大多数统，采用常规控制技术均可达到满意的控制效果，但对于复杂及有特殊控制要求的系统，采用常规控制难以达到目的，在这种情况下，则需要采用复杂控制技术，甚至采用现代控制和智能控制技术。3.2重点与难点

3．2．1数字PID控制器的设计 1．控制算法

PID控制是一种应用最广泛的控制规律，它是根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制的。实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。图3.1示出了PID控制的示意图。

其中D（Z）为PID控制器的Z传递函数，H（S）为保持器，G（S）为控制对象的传递函数。

（1）数字（PID）的位臵型算法

u(k)=KP(e(k)+T/TIi0e(i)+T/T(e(k)-e(k-1)))

Dk其中 u(k)为控制器的输出，e(k)为偏差，KP为比例增益，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。由于上述算法提供了执行机构的位臵u(k)（如阀门的开度），所以被称为数字PID的位臵型控制算法。

（2）数字PID增量控制算法

为了消除位臵型算法中的累加误差e(i)，减少存储单元，便于程序的编写，我们引入PID的增量型算法。值得注意的是增量型算法仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位臵型算法的本质。在实现增量控制时必须采用具有保持历史位臵功能的执行机构，如步进电机等。增量算法为

u(k)

=u(k)-u(k-1)=KP(e(k)-e(k-1))+KIe(k)+KD(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))其中 KP为比例增益，KI=KPT/TI称为积分系数，KD=KP TD/T 称为微分系数。2．数字PID控制器的参数整定

数字PID控制系统必须通过参数整定才能正常运行。需要整定的参数为采样周期T、KP、KI 和TD。由于计算机技术的发展，一般可选较小的采样周期T，它相对于被空对象的时间常数来说就更短了，所以数字PID参数的整定过程是先按模拟PID控制参数整定的方法来选择，然后再调整，并考虑采样周期对整定参数的影响。常用的方法有：扩充临界比例度法、归一参数整定法、优选法等。

3．2．2 数字控制器的离散化设计技术

当把图3.1中的控制对象和保持器一起离散化后它就变成了一个纯离散系统，这时可以直接根据计算机控制理论来设计控制器D（Z），通常我们把这种方法称为离散化设计方法。设计D（Z）的基本公式为

D（Z）=1/G（Z）*(z)/(1(z))（3。1）其中G（Z）为广义对象，(z)为计算机控制系统的闭环传递函数。有限拍控制器的设计步骤：

1． 根据控制系统的性能指标要求和约束条件确定所需的(z)； 2． 求广义对象的脉冲传递函数G（Z）； 3． 根据式（3.1）算出D（Z）；

4． 由D（Z）求出控制算法的递推公式，进而导出计算机控制算法。第4章 模糊控制技术

4．1 概述

数字控制器的连续化设计法、离散化设计法以及状态空间设计法都要求有精确的被空对象的模型。但在工业生产和其他领域中，由于被控对象大都具有非 线性、时变性和不确性等特点，往往难于用一个简单而精确的数学模型来描述，因而给控制系统的设计带来了极大的困难。

模糊控制在一定程度上模仿了人的控制，它不需要有准确的控制对象模型。因此它是一种智能控制方法，这种控制方法既可用于简单的控制对象也可用于复杂的对象。模糊控制系统不仅在工业控制中获得了广泛的应用，而且也已扩展到其他领域，如地铁的自动化、照相机头的自动聚焦、彩色电视的自动调节、冰箱的除霜、空调、洗衣机、洗尘器、交通信号灯和电梯的控制等。

4．2 重点与难点

4．2．1 模糊集合及其运算 4．2．2 模糊关系

4．2．3 模糊控制原理 4．2．4模糊控制起的设计 1． 模糊控制器的结构设计 2． 模糊规则的选择和模糊推理 3． 清晰化

4． 模糊控制器论域及比例因子的确定 5． 编写模糊控制器的算法程序 6． 双输入单输出模糊控制器的设计 第5章 现代控制技术

5.1概述

上一章学过的模拟化和离散化设计方法,都是利用传递函数模型,根据对控制系统的性能指标要求设计出满足要求的计算机控制系统。他们适用于简单的线性定常系统。由于计算机的引入,目前在工业过程控制中PID仍用的比较普遍。

模糊控制是一种智能控制方法，它不需要有准确的被控对象的模型，这种方法适用于控制无法或难以建立精确模型的物理对象，目前越来越得到了广泛的应用。但模糊控制非常依靠人的知识和经验，所以这就不能保证模糊控制器在任何情况下都能工作得好。

这一章我们介绍离散状态空间设计法。这种方法利用对象的状态空间模型，根据给定的系统的性能指标，设计出满足要求的计算机控制系统。这种方法的优点是能够处理多输入多输出、时变和非线性系统；便于计算机辅助设计和实现，但难于沿用古典控制理论中现成的设计方法。由于这种方法必须基于控制对象的精确模型，再加上许多算法比较复杂，所以目前在工业控制中应用得还不普遍，从控制策略上讲仍然是PID控制占主导地位。但离散空间设计法正在逐渐受到人们的重视和普及应用。

5．2 重点与难点

5．2．1离散系统的能控性和能观性

1． 一般概念：

能控性和能观性是在状态空间模型基础上提出来的新概念。设线性定常系

统的离散状态方程为

x(k+1)=Fx(k)+Gu(K)y(k)=Cu(k)+Du(K)系统的能控性讨论输入量u（k）和状态量之间的关系，是指系统的状态能否受输入量的控制，若系统的状态在输入量的控制下能够从任意一个状态运动到另外一个任意状态，则称系统是能控的，否则系统是不能控的。

能观性则讨论状态量x（k）和输出量y（k）之间的关系，是指在系统的输出量中是否包含有每个状态变量的信息，即能否根据输出量（一般是能够量测的）来确定或重够出所有的状态变量。若上面的结论是肯定的，则系统时能管的，否则系统是不能观的。

对于比较简单的系统可用直接观察的方法来判断系统的能控性和能观性，但对于比较复杂的系统必须采用下面系统的方法来判断。

2． 能控性和能观性的判断

n1系统能控的充要条件为 rank [G FG FG… F 系统能观的充要条件为

2G]=n（n为系统的阶数）

CCF rankCF=n n1

5．2．2 极点配臵设计法

闭环系统的极点分布与系统的控制性能之间有着密切的联系。极点配臵设计法是通过恰当的状态反馈把系统的极点配臵到所希望的位臵，以满足系统性能的要求。

极点配臵法的设计步骤是先设计一个相当于r=0的控制系统，再在此基础上引入参考输入，最终完成跟踪系统的设计。

按极点配臵设计的控制系统其控制器由状态观测器和控制规律两部分组成。观测器的作用是根据输出量y(k)和控制量u(k)重构出系统的状态x(k)；控制规律的作用是根椐重构状态x(k)计算出所需要的控制量。

根据分离性原理控制器的设计可分成两个独立部分，一是按极点配臵设计控制规律，这时假定全部状态均可用于反馈，二是按极点配臵设计状态观测器，最后把二着结合起来构成一个完整的状态反馈系统。

按极点配臵设计控制器的步骤：（1）（2）按闭环系统的性能要求给定控制极点； 按极点配臵设计控制规律L 可用阿克蔓公式来计算控制规律

其中 (F)

(3)L=[0 0…0 1][G FG … F n-1G]-1 （F）

(Z)FZ

(Z)ZIFGL

Z是根据给定的系统性能指标所求得的期望极点。

合理地给定观测器极点，并选择观测器的类型，计算增益矩阵K-1 CCFK=(F)CF

 [0 0…01]T n1其中 (F)(Z)(Z)ZIFKCFZ

观测奇极点的选择：一般情况下可把全部观测器的极点设臵在圆点，若测量信号包含较大的噪声，则按观测极点所对应的衰减速度比控制极点对应的衰减速度快约4或5倍的要求设臵。

第6章 应用程序设计与实现技术

重点与难点

6．1测量数据的预处理技术

在计算机控制系统中，经常需要对生产过程的各种信号进行测量。测量时一般先用传感器把生产过程的非电信号转换成电信号，然后利用A/D转换器把模拟信号转换成数字信号，读入计算机。对于这样得到的数据一般要进行一些预处理，其中最基本的是线性化处理、标度变换和系统误差的校准。

6．1．1系统误差的自动校准

自动校准的基本思想是在系统开机或每隔一段时间自动测量基准参数（如数字电压表中的基准参数为基准电压和零电压），然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子。在正式测量时，根据测量结果和误差补偿因子计算校准方程，从而消除误差。

6．1．2线性化处理和非线性补偿 6．2数字控制器的工程实现

数字控制器算法的工程实现可分为6个部分： 1． 给定值 2． 被控量处理 3． 偏差处理 4． 控制算法的实现 5． 控制量处理 6． 自动手动切换 6．3软件抗干扰技术

为了提高工业控制系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措施是不够的，需要进一步借助于软件措施来克服某些干扰。经常采用的技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术和软件陷阱技术等。第7章分散型测控网洛技术

7．1概述

数据通信是工业测控网络和分散型测控系统得关键技术。在一个较大的工业测控系统中，常常会有几十个、几百个甚至更多的测量和被空对象，即使速度的系统也难以满足要求，因此必须将任务分给多个计算机系统并行工作，不同地理位臵何不同功能的计算计之间需要交换信息，如果把它们按统一的协议连接起来就构成了计算机分散测控网络系统。本章介绍数据通信技术、工业网络技术、分散型控制系统、为总线通信网络技术和现场总线技术。

7．2 重点与难点 7．2．1 数据通信技术 7．2．2工业网络技术 7．2．3 分散型控制系统

分散型控制系统综合了计算机技术、控制技术、通信技术、CRT显示技术即4C技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。先进的分散控制系统将以计算机集成制造系统为目标，以新的控制方法、现场总线智能仪表、专家系统、局域网络等新技术，为用户实现过程自动化与信息管理自动化相结合的管控一体化的综合集成系统。

分散控制系统采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治地设计原则。系统安全可靠、通用灵活、最优控制性能和综合管理能力，为工业过程的计算机控制开创了新方法。

7．2．4 现场总线（Fieldbus）技术

现场总线是连接工业工程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表联用组成现场总线控制系统。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，它是用新一代的现场FCS代替传统的分散型控制系统DCS，实现现场总线通信网络与控制系统的集成。

第8章 计算机控制系统设计与实现

8．1概述

通过前面的介绍，我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理、硬件和软件以及控制算法，因而具备了设计计

算机控制系统的条件。计算机控制系统的设计，既是一个理论问题又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括：建立被空对象得数模型；确定满足一定经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。计算机控制系统的工程设计，不仅要求掌握生产过程的工艺要求，以及被空对象的动态和静态特性，而且要通晓自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术和微电子技术等。

本章主要介绍计算机控制系统设计的原则和步骤、计算机控制系统的工程设计与实现和计算机控制系统的设计举例。8．2 重点与难点 8．2．1 系统的设计原则 1．安全可靠

工业控制计算机不同于一般用于科学计算或管理的计算机，它的工作

环境比较恶劣，周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的控制重任又不允许它发生异常现象。因此在设计过程中要把安全可靠放在首位。

2． 作维护方便

操作方便体现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握计算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有得操作习惯。维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能没，模板式结构，便于更换故障模板。并在功能模板上安装状态指示灯 和监测点，便于维修人员检查。另外配制诊断程序用来查找故障。

3． 时性强

工业控制机的实时性表现在对内部和外部事件能及时的响应，并做出响应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一类是定时事件，如数椐的定时采集、运算控制等；另一类是随机事件，如事故、报警等。对于定时事件，系统设臵时钟保证定时处理。对于随机事件系统设臵中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生保证优先处理紧急故障。4．通用性好

工业控制计算机的通用灵活性体现在两个方面，一是硬件模板设计采用标准总线结构，配臵各种通用的功能模板，以便在扩充功能时只需增加功能摸板就能实现；二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不需要二次开发，只需按要求选择各功能模块，灵活地进行控制系统组态。

5． 济效益高

计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市场竞争意识。经济效益表现两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能高；二是投入产出比要尽可能的低。

8．2．2系统的设计步骤 8．2．3系统的工程设计与实现 一般按如下步骤进行： 1． 系统总体方案设计 2． 硬件的工程设计与实现 3． 软件的工程设计与实现 4． 系统的调试与运行

自动化计算机控制技术教学改革 篇6

关键词：自动化；计算机控制技术；教学模式

中图分类号：TP273.5-4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 06-0177-01

高校自动化专业的一门主要课程就是计算机控制技术，这门课程在学生今后的工作和工程应用中十分重要，通过对该课程知识的学习和研究，学生可以对计算机控制系统的基本原理和构成有进一步的了解，并且能把计算机控制系统的设计运用实际工程中。

一、课程改革及教学模式

（一）教学内容的改革

1.选择主流的计算机主机。随着社会科学技术的发展，计算机的性能有了很大的改进，在现代的工业社会中，微机已广泛进入工控领域，主要应用于自动控制系统，提高了安装和调试的工作效率。微机作为控制系统的核心主机教学是计算机控制技术课程教学的主要方式，重点介绍控制技术的工作原理和应用方法，而系统性的综合实践能力尤其重要。这方面的的技能主要在实践中获得。因此要加强实践教学。可以加大对设计方面、综合试验研究方面内容，主要是以系统型的综合实验研究为主要方式，环节性的实验可以在其它专业课中进行。

2.选择应用广泛的开发软件。 应用软件设计是计算机控制技术课程的关键环节。计算机控制技术的相关教材普遍是采取汇编语言进行编程的，结果是直接导致了可移植性差，并浪费了时间。软件教学内容则为以微机为主，为在应用软件教学中采用高级语言提供了有效保障。随着科学技术的发展，高级语言为主的程序设计已经取代了计算机控制技术课程的应用程序设计，这对应用程序设计教学的效率有了很大的提高，对学生应用程序设计水平的提高也起到了重要的作用。主要体现在学生的创新能力的培养。由学生自己动手，将主动权交给学生，实行人性化教学，让他学生本人从查阅资料、方案的规划、控制算法程序的编制、调试系统、参数的选取，直到实验结束。自由的想象和大胆的创新是这种创造性的教学的内涵所在，对学生创新欲望的激发起到了积极的作用。

（二）教学实践改革

经过改革的计算机控制技术教材的内容比较倾重于应用方面，侧重点在于软件。对理论知识和硬件没有过高的要求。计算机采用PC或IPC，主要是运用可视化的高级语言来对软件进行设计，以软件设计和实践教学为主要方式。主要体现在：1.对学生学习中遇到的困难有很好的帮助，即直接体现了兴趣的持续性和效果的良好性方面。控制系统整体概念以具体应用和功能实现为主要切入点，教材尽可能的降低理论知识，是学习比较易懂但却对控制系统知识的整体性没有丝毫影响。通过实验的实例说明，教学实践改革更有助于学生掌握计算机控制技术知识的精华。2.在设计中可以看到，PC或IPC作为主机的控制系统在当代社会得到了广泛推广，其余各种外围设备都有了与之相关的成熟产品。设计研究人员只需对相匹配部件进行选购，不需要自行设计就可构成某一控制对象的硬件系统。但是，作为学习研究人员，对硬件整体部件的组成和性能要有一定的理解，对于详细的电路设计以及控制理论等方面的知识可以在课后去学习。设计者创建完成硬件系统之后要开发测控功能程序。但是目前的PC测控系统设计者已经不会在采取汇编或C语言，因此，为使得计算机控制技术得到更好地推广和发展，我们主要以Visual Basic语言、King View监控组态软件等典型的实例去详细说明测控程序开发步骤和实现方法。

教材内容教学主要体现在控制理论和实践应用两方面，学校可以根据自身的情况全排教学。但是都要在加大实践教学是前提条件，是教学基础，加强实践能力的培养，提高设计控制系统的操作能力。

二、教学模式改革

教学模式改革主要指以下三种模式：

1.以课堂讨论的方式进行教学。讨论内容由教师设定，学生做主要发言，一般是老师在课堂开始时提出一些讨论题目，学生分组相互探讨，一段时间过后老师选学生代表发言。发言过程中要做到边写边讲，明确个人所持观点，其他学生也要认真聆听并就自己的观点与发言者作比较，这样发言者与聆听着都能够分辨出各自观点的利与弊。因为解决问题的方法可以有很多种，学生之间相互探讨可以使问题解决的更全面，最重要的是能够加深印象，开动脑筋。在进行课堂讨论时教师做到充分引导、学生积极准备，那么一定会提高学生的学习积极性和主观能动性。因此这种方法不但可以活跃思想、培养学生的创造性思维能力，而且还能够使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

2.运用工程实例辅助教学。此方法不仅要求学生在学习时要加强对原理和基础内容的掌握，而且还要使学生兼顾实际工程中广泛应用的新技术实例，促进学生正确工程观的养成。对教师而言，可以亲自实践，让学生实际动手操作，同时也可以提供个别案例，让学生自己寻找答案。同时，真正的计算机监控系统设计需要做到对电压等级、成本控制、设备可靠性、维护升级等方面的了解，课程即将结束时老师应选择具有典型意义的监控系统设计来做演示和讲解，进而可以更好的使学生掌握所学知识的综合性能及科学应用。

3.通过专业讲授进行教学。由于学生的专业基础课程已经完成，处于毕业设计的前夕，对本专业在国内外的技术动态和发展趋向有强烈的了解欲。这就要求教师认真负责的把自己所了解的相关计算机控制技术在国内外的发展趋势毫无保留的教授给学生，特别需要注意的是要运用最新的理论及技术，让学生对其做到全方位的了解。只有这样才能使学生更清楚的了解到我国与国际先进水平的距离，做到及时更新自己的观念和技术。

三、计算机课程教学改革的成效

1.使教师的业务水平有所提高。在进行改革的过程中，教师必须对其进行全方位的了解和掌握，对专业课的教学内容必须进行实时更新，并做到及时总结教学经验，使该学科不断出现新的科研成果，使学生不断掌握最新的学习内容。

2.使学生学习的积极性有所增加。在教学内容和实践设备不断更新的环境下，大多教学内容都能够展现和反应时代的发展趋势，这样一来一方面可以使学生们的学习兴趣得到激发、工程实践能力得到提升。而且还能够使学生增加综合运用知识及编写计算机控制程序的能力。由此可见，计算机教学改革养成了学生独立自主分析问题、解决问题的能力。为以后的课程改革奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]黎萍,刘保軍.计算机控制技术教学改革初探[J].中国电力教育,2011,27

[2]蒋建春,岑明,蔡林沁.自动化专业教育教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2011,10

计算机控制技术 篇7

1 计算机检测控制技术概述

与过去的信息获取的方式相比, 在信息时代, 数据的获取、捕捉基本都由计算机来完成。计算机检测控制是一种较为精密、复杂的信息处理过程。而计算机检测控制技术可以粗略地分为两个方面:一方面是怎样运用计算机技术从外界获取正确的、必要的信息, 这也是要进行计算机检测控制的前提;另一方面则是要研究在如今这个信息时代, 怎样合理地利用计算机技术来设计出能够自动地进行检测、控制的信息系统。

掌握的计算机检测控制技术, 就能够更为了解计算机检测控制系统是如何在汽车电子控制装置中发挥作用。如今, 汽车的生产过程中对于每一个环节都必须进行严格的监督和控制, 以此才能够保证汽车质量合格、各项性能符合人们的需求, 也才能够保证汽车企业的效益。而只有充分掌握了生产过程中的各项数据、工作状态, 才能够实现对汽车生产的全面控制。进行检测的目的就是为了准确地获取数据, 进而进行严密的控制。计算机技术的运用, 实现了全面提高对于汽车的检测控制性能, 达到了快速检测、精准判断、高效生产的目的。

2 汽车电子控制装置中计算机检测控制技术的应用

2.1 汽车发动机电子控制装置

汽车的发动机电子控制装置包括多个部分。一是燃油喷射控制装置, 该装置主要是用来控制空气与燃料的比例, 从而保证汽车能够在正常工作的前提下, 减少耗油量、控制废气的排放量, 同时达到节能环保的目的。二是汽车点火时间控制装置, 该装置的作用是保证发动机即使是在不同的工作环境中, 依旧能够达到最佳的点火状态, 能够在发动机的最大动率或转矩之下进行点火。三是怠速运转控制装置, 该装置的作用则是保证汽车的冷却系统达到最佳工作状态, 防止发动机在工作时出现过热等情况而损坏发动机。四是再循环控制装置, 该装置的主要作用是将燃料未完全燃烧而产生的具有污染性的气体再次回收, 并进行再一次的燃烧, 从而降低汽车尾气中有害气体的排放量。

2.2 汽车底盘电子控制装置

该部分的控制装置中同样可以划分为多个控制装置。其中, 制动防抱死装置和驱动防滑装置是最为主要的汽车安全装置;自动变速器则是通过对实际行驶条件进行判断, 进行自动换挡, 使汽车的行驶更为安全、更为节能环保;电子控制悬挂装置则可以通过自动调节汽车车身的高度, 达到控制汽车的稳定性、舒适性的目的;电子控制动力转向系统则是根据汽车行驶时的条件, 使汽车的转向更为灵活、安全, 增强乘坐者的乘车体验;四轮转向装置则是通过控制汽车的四轮来实现转向操作, 使汽车的可控性更高, 稳定性更佳;巡航装置则是可以通过对汽车进行速度的设定, 实现自动控制车速, 避免驾驶员因长时间减少而产生疲劳。

2.3 汽车车身电子控制装置

汽车车身电子控制装置主要包括四个部分, 一是汽车空调控制装置, 该装置通过温度传感器来获取汽车内外的温度等信息, 并对其进行计算和判断, 从而控制空调的开关, 并自动调节出风的温度, 使汽车内温度和湿度最为适宜;二是信息显示系统, 这一系统向驾驶员输出汽车的车速、燃料、时间等多项信息, 对于驾驶员对汽车行驶状况的判断有着极为重要的作用;三是汽车电子灯光控制装置, 该装置通过对光线的感应, 控制车灯的开关, 使汽车的行驶更为安全、控制更为便利;四是汽车安全气囊控制装置, 该装置通过对外力的感应, 自动向安全气囊内填充空气, 防止驾驶员与挡风玻璃、转向盘等进行直接的接触, 从而保证其安全。

2.4 汽车信息传递装置

汽车信息传递装置由三个部分组成, 一是多路信息传递装置, 该装置通过控制器、显示器等多个部分共同运作, 接受外部输入的信息, 并进行处理, 再将信息输出, 从而实现对汽车的全面控制;二是汽车导航装置, 该装置通过接收卫星的信号, 并结合汽车自身所处的位置, 为驾驶员提供路况、行驶轨迹、多种汽车服务等信息;三是蜂窝式移动电话, 该装置实现了更为可靠的通讯功能。

现如今, 汽车电子控制装置中计算机检测控制技术的应用正在逐步完善, 然而现在的技术并不算完美, 在未来的发展中, 计算机检测控制技术将会更为成熟, 能够达到更为优良的自动化、人性化、智能化, 使汽车电子控制装置实现对汽车更为全面的控制。

参考文献

[1]童峰, 许水源, 许天增.一种高精度超声波测距处理方法[J].厦门大学学报 (自然科学版) , 2008 (04) .

计算机电子控制技术及应用研究 篇8

1 计算机电子控制技术的概述

一般情况下, 自动控制主要是指在没有人操控的情况下, 设备按照预定好的程序进行自行运转, 在计算机技术不断推广和应用的过程中, 计算机电子控制技术的产生可以更好的实现系统的自控和调节, 对于保障整个系统的运行稳定性和可靠性有着重要影响。因此, 在计算机系统发挥强强的数据收集、传输、应用等功能的情况下, 整个系统的运行可以更加高效、安全, 是实现系统自动控制的重要保障。由此可见, 在信息网络时代, 计算机与自动控制系统的结合, 是社会不断发展的必然趋势, 对于促进人类、经济可持续发展有着重要作用。在实践过程中, 计算机电子控制系统主要包括计算机硬件控制、计算机软件控制两个方面, 其中, 计算机软件可以保证系统按照设定的程序运行, 是减少意外安全事故的重要基础, 其主要是由计算机语言编译而来的, 而计算机硬件主要包括控制对象、计算机、相关设备与通道等, 有着很多种类型、功能, 对于保障自动控制系统的性能有着极大作用。目前, 计算机电子控制技术比较常用的系统有监督控制系统、操作指导控制系统、直接数字控制系统和现场总线控制系统等, 与人们的生活、工作和学习等各方面有着非常紧密的联系, 是我国信息技术、网络技术未来发展需要高度重视的方向之一。

2 计算机电子控制技术的具体应用

对当前计算机电子控制技术的应用情况进行分析发现, 以具体应用主要包括如下几个方面:

2.1 机电一体化中的具体应用

目前, 机电一体化主要包括电子化设计、计算机软件系统、机械装置等几个部分, 其使用的技术一般有机械技术、计算机技术、电力电子技术等, 以对生产操作过程中进行有效监督, 从而保障机电一体化系统的稳定运行。根据各行业的生产情况来看, 机电一体化在数控机床中的应用比较广泛, 可以通过充分利用数控技术来提高生产操作的功能、进度和结构等。与此同时, 在结合多主线和多CPU的情况下, 整个数控机床的体现结构可以更加完善, 数控功能也会得到提高, 对于提高数控机床的生产效率有着重要影响。在实际生产过程中, 计算机电子控制技术和机械控制技术的完美结合, 可以促进各种技术不断创新, 并在各领域更广泛、更深入的应用, 不仅可以使工业生产更加完善, 还能使人民的生活、工作和学习等更加便捷, 对于推动社会不断进步有着重要作用。例如:在科技水平不断提升和机器人不断研发的情况下, PLC的充分利用可以是机械手现实自动移动, 各种生产中使用的机器人越来越多, 不仅使各种新产品、新功能不断涌现, 对于使用机械手代替人工有着重要作用。目前, 工业机械手有着可重复编程、多功能、多自由度、可自动控制等多种特性, 如果在很多环节上使用不仅可以使工人的强度得到降低, 产品质量、产量、工作效率也能得到有效提高, 最终达到降低生产成本、节省生产材料等目的。

随着我国农业生产技术的不断发展, 各种机械设备的驾驶室仪表盘逐步被电子监视仪表所替换, 使得单一参数显示得到有效改变, 给人机交互带来了更大便利, 对于推动智能化信息显示终端更广泛的应用有着极大影响。在信息技术不断推广的情况下, 电子监视仪表所代表的虚拟化仪器显示终端是我国控制装置、仪器等的未来发展方向, 以在通过屏幕显示机组中不同终端信息的相关选择的情况下, 根据实际需求对数据库的信息进行合理调用, 最终获得数据、语音等多种媒体信息。根据当前各种移动设备的应用情况下来看, 计算机电子控制技术还能确保数据信息得到动态存储, 以在使用存储卡对各种数据进行智能化储存的情况下, 确保数据信息能够得到有效处理。

在日常生活中, PLC的应用还有自动售货机、十字路口交通灯信息变化等多个方面, 在使用自动售货机的情况下, 顾客可以根据自己的需求选择产品, 以在顾客投入硬币以后, PLC和光传感器等可以有效识别和进行下一步操作, 最终在控制系统的作用下输出客户所需的实物。而在交通信号灯系统中合理使用计算机电子控制技术, 十字路口交通等信号的变化情况可以由PLC技术来实现, 以确保控制时间和实际显示相符合。与此同时, 计算机电子技术在电脑横机中的科学应用, 可以为机械编织行业提供便利, 对于提高机械性能、生产效率等有着极大作用。一般情况下, 横机是通过手动来完成的, 电脑横机的编制流程比较复杂, 而计算机电子控制技术的合理应用可以实现电脑的自动化控制, 以在设计人员通过数字化来设计编织花型的情况下, 确保机械湾沙、退圈等动作的有效控制, 最终达到提高横机编织效率的真正目的。

2.2 机车电子控制装置中的具体应用

根据机车电子控制装置的运行情况来看, 计算机电子控制技术的具体应用主要有机车信息传递装置、机车电子控制装置、机车车身电子控制装置和机车底盘电子控制装置等多个部分, 对于提高整个机车电子控制装置的运行稳定性等有着重要影响。在计算机应用范围不断扩大的情况下, 数据的获取、整理等都可以被计算机有效的检测和控制, 并且, 计算机检测控制系统在机车电子控制装置中发挥着非常重要的作用, 以在科学利用计算机电子控制技术的基础上, 确保机车生产可以得到全面控制。

在机车生产技术不断提升的当前, 机车的发动电子控制装置主要由燃油喷射控制装置、机车点火时间控制装置、怠速运转控制装置和再循环控制装置等共同构成, 其中, 燃油喷火控制装置是对空气、燃料的比较进行有效控制, 以确保废气量、耗油量等得到有效控制, 是实现环保和节能的重要途径;机车点火时间控制装置主要是确保机车在不同的环境中, 使发动机的点火状态处于最佳情况;再循环控制装置可以确保燃料的最有效利用, 并有效减少有害气体的排放量。目前, 机车信息传递装置主要包括多路信息传递装置、车载导航装置、蜂窝式移动电话等, 其中, 机车导航装置可以有效接受卫星发出的信号, 并根据机车行驶的情况、目的地、路况等选择最合适的线路, 是驾驶员选择正确行驶路线的重要助手。

通常情况下, 机车底盘电子控制装置是由四轮转向装置、电子控制动力转向系统、巡航装置、自动变速器、电子控制悬挂装置、驱动防滑装置和制动防抱死装置等共同构成。其中, 电子控制动力转向系统的合理应用, 根据机车的实际情况下提高机车运行过程的灵活性和安全性, 最终确保乘车人的舒适度;四轮转向装置通过控制机车的四个车轮来实现机车转向, 最终确保机车行驶过程的可控性和稳定性;巡航装置可以有效控制机车行驶的速度, 从而在自动调节车速的情况下减少长期驾驶带来的疲劳感, 对于提高机车行驶过程的安全性有着极大影响;自动变速器主要是发挥调速和环保的作用, 是降低安全施工发生率的重要保障;电子控制悬挂装置可以实现机车车身高度的有效调节, 最终达到提高机车稳定性和舒适度等的目的。一般情况下, 机车车身电子控制装置是由机车电子灯光控制装置、机车空调控制装置、机车安全气囊控制装置和信息显示系统等几个部分组成, 其中, 机车电子灯光控制装置是采用感应光线的防护四实现机车等开关的有效控制, 从而保障机车行驶的安全性;机车空调控制装置是采用传感器来感受机车内部和外部的温度变化情况, 以在全面分析、计算等情况下, 实现机车空调开关的自动调节, 最终确保机车中空调出风温度适宜;信息显示系统可以对机车的行驶时间、燃料使用情况和车速等多方面的信息进行准确显示, 以便驾驶员了解机车当前的情况, 从而采取相应的措施减少机车的损害。

3 结束语

总的来说, 在高新技术研发力度不断加大的情况下, 计算机电子控制技术的应用和推广, 是市场不断发展、各行业不断发展的实际需求, 对于推动社会不断发展有着重要影响。因此, 根据各行业的实际发展情况, 注重计算机电子控制技术的合理应用, 有利于提高各行业的生产效率, 最终达到降低投入成本、提高经济效益等目的。

参考文献

[1]郭可怡.汽车电子控制装置中计算机检测控制技术的应用[J].电子技术与软件工程, 2015, 06:258.

[2]夏薇.计算机电子信息技术及工程管理模式分析[J].硅谷, 2015, 02:219-220.

[3]王宏奇.基于计算机在机械电子控制领域应用的研究[J].民营科技, 2015, 07:78.

计算机控制技术 篇9

1高压喷油器的发展状况

随着社会的不断发展,在最近几年,一些已经匹配直喷柴油发动机的小型轿车在欧洲的发展非常的显著,不但可以提高燃油的经济性,还可以减少发动机对环境造成的噪音的污染。 我国的某一个车型就已经运用了此系统,最高的喷射压力可达到1800帕。但是,随着排放的更加苛刻的控制,我们就需要更高的以及恒定的喷射的压力以及更加完善的电子的控制,于是。在众多的制造商们就把优点相对而言比较多的共轨系统作为发动机的发展的方向。高压共轨系统有着很高的燃油的压力,并且可以合理地分配燃油的控制,通过计算机灵活的对燃油分配、燃油的喷射的时间、喷射的压力以及喷射速率的控制,可以达到显著的燃油的经济性和低排放的特性。

在发动机所有的转速的范围内既可以很好地保证比较高的燃油的压力,并且高的喷射的压力可以在比较低的转速的工作的情况下还是可以获得良好的燃烧的特性。

由于燃油系统的压力与发动机的转速是呈现出线性关系的状态,在这样的转速状况下,发动机会出现燃油压力不足的情况,共轨系统能够在所有不同的转速的情况下依旧可以产生非常高的燃油的压力。由于计算机和电子控制的灵活度会对发动机的喷射压力产生一定的影响,使得发动机的排放量降低的同时还可以提高效率。不过,由于压力的产生过程是与喷射过程分离的,方便使得发动机在燃烧和喷油的过程中可以得到最大方位的自由,可以灵活的调节喷油器的喷射压力。

2高压共轨系统的主要特点

高压共轨系统主要是利用比较大的容积的共轨腔来将要输出的燃油在高压的状态下进行储存,在此工程中消除掉燃油中的压力的波动,才可以进行下一步的环节,即将燃油分配到每一个可能需要喷油的喷油器中,最后是通过喷油器上的电磁阀来控制喷油器的开始以及结束。其主要的特点包括:

1)在高压共轨中,喷油器的喷射是通过共轨腔中的高压来进行的,共轨腔的设计与原来的设计相比,主要是去掉了喷油器中用来增压的增压构造,而且,高压共轨还可以使喷油器持续的保持着高压的状态。再者就是力矩,高压共轨的油泵所需要的力矩与传统的油泵中的力矩相比要小很多。

2)在高压油泵中有一个压力调节的电磁阀,可以根据发动机自身的负荷的状态、燃油的经济性以及排放量来灵活的对高压油泵进行调节,最显著的特点就是可以优化此发动机的在低速方面的性能。

3)在喷油器上的电磁阀还可以来控制燃油的喷射的定时、 喷射的优良以及喷射的速率,甚至还可以来灵活的在不同的工作的状况下的预备喷射以及后喷射的喷射的油量和在主喷射之间的时间的间隔。

4)高压共轨系统中的供油泵将燃油泵入到高压油泵上的进油口,然后,再由该发动机的驱动上的具有高压的油泵将燃油在增加压力后传送到共轨的腔内,最后再由电磁阀控制的喷油器在相对应的时间内进行喷油的动作。

5)喷油器的预备喷射是在喷油器的主喷射之前,通过将小部分燃油喷入到气缸中,

在气缸中将燃油发生混合或者燃烧部分燃油,以此来缩短主喷射的点火的延迟期。这样气缸中的压力的升高率以及峰值的压力都对相应的有所下降,可以使得发动机的工作可以在缓和的状态下进行工作。

3系统的设计

为了满足系统的排放、节能以及提高系统性能的要求,电子控制已经成为目前共轨技术发展的重要的方向。在电子控制系统中,电控的喷油器的控制的执行元件是非常重要的一个组件--电磁阀对喷射系统的各种的基本的喷射性能有着重要的作用和影响。但是,喷射系统对该组件有着特殊的要求,要求它的开启的时间不能大于300us,以此来保证整个系统的正常的控制的精度和系统的响应的速度。对于快速的相应而言, 驱动电路的形成对整个系统有着非常大的影响。

3.1硬件设计

硬件主要是利用80C51片内的资源来实现对喷油器驱动的智能的控制,再通过串行的通信方式实现PC机和80C51之间的通话,以此来满足不同的需求。计算机通过会通过串行口来对80C51传递不同的三个的电压的数值,以及一个相应的转速值和一个喷油的脉宽。在这其中三个电压值分别代表的是开启的电压值、维持中的电压的值以及驱动的电压的基准。但是,这三个值需要满足一定的要求:开启的电压的基本值需要大于维持电压的基本的值,而维持电压的基本的值需要大于驱动的电压的值。在80C51中关于十二位的转换的模块只有两个,但是,在设计中需要的是三个,这样的话就会缺少一个,所以这个时候就需要80C5中的一个串行通道的来转化成需要的一个模块。这样的话,如果计算机输入三个数值,在通过模块的转换后就会成为驱动电路所需要输出的模拟的数值。而转速和喷油的脉宽值是通过80C51的pca来产生的一个可以控制的方波。这样就产生了三个模拟的电压的值和方波,以此就可以对驱动电路进行相应的控制。硬件的总体设计原理如图1:

3.2 80C51的编程实现方法

在80C51中,由于pca具有强定时的功能,与标准的相比较,它对CPU的干涉的需求比较少,在pca0中有着可以进行编程的定时器以及可被编程的捕捉模块。其中的定时器是可以用来编制关于时基信号的驱动程序,在时基信号中有六个输入口,分别是三个不同的系统时钟、外部振荡器、定时器以及外部时钟的输入口线上的外部时钟信号。相较于定时器可编程而言,捕捉模块是被编程为不同且独立的六种工作方式。

捕捉模块在高速输出的工作的方式中产生的方波的原理主要是:pca的定时器的高八位和低八位在和捕捉模块的高八位和低八位在发生匹配的时候,模块中的CEXn上的引脚由于电平的跳转会产生一个请求中断的现象,当中断寄存器中的中断被允许的时候,CPU得工作将会转向中断的服务程序中。如果将相对应的模块中的输入/输出线连接到端口处的输入/输出的接口上,80C51中相应的端口输出的电平就会随之发生改变,这样就可以实现脉冲的高低电平的输出。

3.3控制喷油时间的算法的实现

系统所需要的转速的范围是在600到4000r/min之间,为了满足这个要求,80C51的系统中采用时钟外部不分频,在pca定时器中采用了t0溢出来作为时钟的时钟源。为了实现在进入中断中的时间的减少的目的,则需要让t0定时器工作在能够进行自动重载工作的八位的定时器的模式下,那么t0时钟就作为系统的时钟,在t0的工作中,TL0起到保存计数器当前数值的作用,TH0中保存了重载值,这时t0计时器的定时周期为(28-TH0)/felk,felk就是该系统的时钟周期。为了到达pca脉冲能够拥有尽量高精度的目的,并且还要在要求的转速范围之内,那么就需要计算重载的值,公式为:TH0=0xdf,pca的时钟周期为: 216XXTpca。由于喷油时间的方波的精度是由pca的周期来决定的,所以喷油的精度会到达15us。

3.4系统软件设计以及程序

在由计算机软件控制的系统设计中,在系统复位以后,主程序会对微处理器上的端口进行初始化的操作,通用的是异步串行的输入输出口,D/A的转化,t0定时器一件pca定时器。在整个的软件的设计的工程中,计算机通过的串行通讯与80C51通讯是设计整个系统的关键。计算机将输入的数据发送到数据接收的缓存区中,然后将会通过分割的方法,将存储在缓存区中的数据进行分割,当每个模块的功能都达到初始化的状态后,再将已经分割的数据再分配到各个以及初始化的模块中去,再进行一次处理。程序流程图如下图2:

3.5驱动模块的设计

由于驱动电路是整个驱动模块设计的核心设计。驱动电路包括两个方面:第一是在开启喷油器的时候,需要通过电路的升高的电压,在激励脉冲的帮助下,在比较快速的情况下来使得驱动中的电流达到最大化,加速喷油器的开启的动作。第二就是在开启喷油器后,驱动电路需要通过调节电路中的电流来得到相应的脉宽,使得维持喷油器疏通状态的电流比较小,还可以起到防止过热的作用。

4总结

整个驱动的设计主要以电磁阀为中心,通过计算机控制驱动的电路,以及结合了单片机中可编程的定时器,使得整个设计到达了高压共轨的整体的要求,在计算机控制下的喷油器的动态与其他传统的喷油器相比具有较快的响应速度,并且具有优异的性能以及可靠的运行程序,在实际中的使用,能够最大限度地满足使用的需求,同时还可以降低发动机的噪音产生的污染,在一定的程度上起到环保的作用。

摘要：在高压共轨系统中,产生燃油的压力和燃油喷射是分开的,而高压共轨喷油器的喷油的时刻以及它的喷油量的调整都是通过触发来实现外,还和它的驱动控制的设计技术相关,在计算机盛行的电子时代,驱动的设计打破了传统的设计思想,驱动的最主要设计采用了高电压以及大电流通过计算机的控制和开启,然后再通过低电压来对驱动进行相关的保持和疏通,以此来满足高压共轨喷油器中驱动的一些需求,本文将通过详细的描写来对此控制技术进行研究。

关键词：计算机控制,高压共轨,技术

参考文献

[1]张兴春,张幽彤,丁晓亮.压电式高压共轨喷油器的驱动研究[J].内燃机工程,2011(3).

[2]曾伟,顾东亮,宋国民.新型高压共轨电磁铁型喷油器驱动方式[J].车用发动机,2010(4).

[3]孔岩峰,欧阳光耀,刘振明.基于双电源双维持电磁阀驱动电路的高压共轨喷油器控制技术研究[J].测控技术,2015(5).

[4]刘二喜.高压共轨电控系统喷油器驱动电路的优化——一种续流模式可转换的驱动电路[D].天津:天津大学,2011.

[5]于正同,张楠.一种高压共轨喷油器的驱动电路设计[J].电子技术,2012(4).

计算机控制技术 篇10

《计算机控制技术》是计算机、信息和控制类专业的一门专业必修课。该课程将自动控制原理、计算机技术和通信技术进行了结合, 具体而言, 就是通过计算机替代传统的控制器构成闭环反馈系统并实现较为复杂的控制算法。随着计算机技术、传感技术和通讯技术的发展, 传统的控制系统正由集中的模拟控制体系加速向开放的数字控制体系发展。越来越多的控制系统正采用计算机来取代传统的控制器。与传统的控制系统相比, 计算机控制系统具有成本低、效率高、安装和维修简便以及灵活性和可操作性强等优点, 同时可实现计算资源共享, 从而提高系统资源的利用率。这类日益广泛的计算机控制技术已在各类工农业生产、航空航天、交通系统、无线通信、机器人、智能建筑、国防等领域获得了广泛的应用。由于计算机控制系统本身所具有的特性, 要求相关专业人员在了解并掌握工业计算机的软件、硬件以及外围设备的基本原理和方法的基础上, 将被控对象、传感器、控制器、执行机构相联接构成一个有机的整体, 完成预定的任务。

本门课程是在开设了《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《自动控制原理》及《电路电子技术》等先修课程后, 再为学生开设。《计算机控制技术》是一门理论与实践相结合的课程, 学生只有通过本课程的理论学习, 在掌握了计算机控制系统的分析和设计的基础上, 动手构造有关电路并上机调试设计的程序, 才能充分领会、理解并掌握教材中的内容。

二、《计算机控制技术》实验教学存在的问题

在传统的教学活动中都是以教师为中心, 教师的主要任务就是在课堂上以生动的语言来进行知识的传播, 学生则在教学过程中处于一种被动的认知和接受的位置。《计算计控制技术》课程通常采用理论教学和实验相结合的方法进行教学, 课堂讲解传授理论知识, 实践教学帮助学生认知、提高应用能力。但以往的教学普遍以课堂教学研究为重点, 而对学生进行有效的试验实践研究不够重视。尤其传统的实践教学通常是以验证为主的实验方法, 一般只要求学生根据试验原理总结实验现象, 而这些试验现象都是一种必然的结果, 这种实验教学方法往往可以使学生取得一些深层次的认识或体验, 但是对学生分析与综合设计能力、整体创新能力的培养仍然不够。达不到提高学生独立创新和应用能力的教学目标[1]。因此, 对传统实验教学方法的改革迫在眉睫。

三、《计算机控制技术》实验教学的改革

1. 重新编写与实验设备配套的实验指导书。

试验教学的改革从编写新的试验指导书开始, 新的试验指导书既与选用教材又与试验设备相配套。实验指导书的改革主要体现在三个方面:第一, 增加学生独立设计试验步骤的部分。具体而言, 在试验指导书中只需提出实验的目标、功能要求和性能指标, 然后由学生独立完成所需要的试验步骤。只提实验要求, 能够改变学生只按照实验指导书的步骤而不加思考的状况[2]。第二, 由学生独立设计试验数据表格。试验的结论都是由试验数据总结出来的, 所以要求学生能够完成试验表格的设计, 且系统的设计与实验过程等所有工作也都由学生自己完成。第三, 增加一些加宽、加深的试验内容。由于学生的试验能力不处于同一层次, 所以需要为那些基础好、动手能力强的学生提供更多的学习机会。

2. 减少验证性的实验内容, 增加综合性的实验内容。

教师要从教授实验方法、检查实验结果转变为引导学生完成相关实验项目, 共同分析、解决实验中的相关难题。这样就给学生造成了一种学习压力, 促使其提高学习热情和主动性, 使学生从被动的学习转向自觉的研讨。在试验内容的安排上, 要减少验证性的试验内容并相应增加综合性的试验。除个别规定的验证性实验外, 不给定实验电路图, 不指定详细的接线步骤, 完全由学生在掌握现有实验资源的前提下设计相应的实验电路。在程序设计上也要强调学生在实践活动中的主观能动作用, 除专门规定的验证性实验外, 不指定详细的编程步骤, 不给定详细的流程图和实验程序, 对学生完全开放, 由学生自主地编写相应的程序。同时学生也可以自由发挥, 去做自己想做的不受教学内容局限的实验[3]。根据一直以来的教学总结, 发现计划实验教学课上的时间还不足以满足同学门的实践需求。这就要求实验室除进行计划实验教学之外, 还应满足学生自由进行实验的要求。为此, 采取了开放式的实验室管理办法, 将空闲实验室向学生开放。学生可以根据计算机控制系统的基本原理和现有的实验室资源, 自己拟定试验目的以及预期试验结果, 并设计构造相关的试验内容以及试验步骤。并且鼓励学生根据自己的兴趣爱好自由地去做想做的实验, 这样学生的实验内容和要求都会有所不同, 进而促进学生的学习兴趣。

3. 组织学生参加课外兴趣小组。

以上讨论的都是课程中的实验教学, 除了规定的课程实验之外, 教师还要组织对计算机控制技术感兴趣的同学成立计算机控制技术兴趣小组。这种兴趣小组可以让同学们自由发挥, 比如, 对新技术理论感兴趣的同学, 可以在教师的指导下围绕最新技术收集资料, 探索科学研究的前沿, 成立讨论小组, 并开设专题报告, 从而增加自己的阅历;对设计感兴趣的同学, 可以提供基本的原材料, 让学生开发和研制一些实用的科技小产品。这种做法的最大好处就是带动了学生的学习积极性, 让学生能够感到学习也是一种乐趣, 同时还能让同学在无意识之中巩固了理论知识, 并将理论应用到实践, 提高了学生的实际应用能力。兴趣小组成立后, 在兴趣小组中选取一部分优秀作品, 根据作品的创新性和实用性, 指导学生申报校级甚至更高级别的学生科研课题。对于有课题的教师, 可以让部分优秀同学加入到教师的科研课题中, 让同学尽早地接触科研活动的整个过程, 启发学生独立思考, 充分发挥学生的创造性, 提高学生的综合素质。然后再从学生的科研课题中选拔优秀的项目参加设计大赛, 比如电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、机械创新设计大赛等, 这些竞赛活动使学生受益非浅, 从学生被动地要求做实验, 到学生主动地要求进实验室做实验, 加深了对课本知识的理解与融会贯通, 学到了许多书本上所学不到的东西, 培养了创新设计能力。

四、《计算机控制技术》实验教学改革的效果

1. 激发了学习积极性, 提高了自学能力。

实验指导书中的设计内容都是根据学生的实际情况和当前计算机应用领域的最新案例自行设计的。这些案例在学生身边都能经常地接触到, 也是学生非常感兴趣而又特别好奇的计算机控制系统, 这可使学生感到所学内容跟得上时代发展的需求并具有相当的实用价值, 学习积极性能够得到进一步的提高。由于部分实验是考查学生的自学能力, 无法在课本中找到现成的答案, 只能通过所学到的理论知识并查阅相关资料才能解决, 从而促进了学生学习和自主思考的能力。

2. 培养了学生的创新能力。

在传统的实验教学中, 学生不用思考也不需思考, 只是按照已知的实验步骤完成实验, 只是一个被动的接受者, 很难谈得上训练创新能力和创新意识。而将学习的主动权交给学生, 让学生成为实验的主体, 改变学生从书本出发而不是从问题本身出发的思路, 摆脱书本的束缚。让学生从查阅资料开始, 进行总体方案设计、编写控制算法程序、调试系统、选择参数、直到得到最佳实验结果。在这种创造性的工作中, 给他们提供了一个自由想象和大胆创新的空间, 激发了他们的创新欲望。实验把动脑和动手有机地结合起来, 培养了他们的创新意识和创新能力。

3. 提高了学生的工程实践能力。

实践是创新之源, 工程实践是创新的基础, 提高学生的工程实践能力才是工科教学的重点之重点3]。由于编写了新的实验指导书, 学生在实验中必须考虑各部件之间的电路连接、相互控制、整体配合等细节, 需要通过不断的摸索, 总结出一套行之有效的办法。在这样的实验活动中, 学生通过对相关资料的归纳、整理, 对实验过程做有效的梳理, 认真总结实践中出现问题的原因和解决问题的方法, 充分地认识设计的优缺点, 为探索更加优化的设计、实现方案, 为今后的工作实践打下良好的基础, 从而使学生不论是从知识的积累上还是能力的提高上都会产生一个极大的飞跃[4]。

五、结论

通过实验指导书的改编, 提倡学生自己编程做计算机控制技术实验, 这激发了学生的兴趣, 增强了学生自主思考、综合运用知识的能力, 提高了学生分析问题解决问题的能力, 训练了学生的创新能力和创新意识, 取得了良好的实验教学效果。随着学科建设以及实验室建设的发展, 一些先进的实验设备已经到位, 如过程控制实验系统、倒立摆实验系统、随动系统等, 我们将逐步把这些设备与计算机控制技术实验结合起来, 开发更加先进、更具有实际意义的新实验, 为感兴趣的学生提供纵深发展的机会。

摘要：《计算机控制技术》是一门理论与实践相结合的课程, 也是计算机、信息和控制类专业的必修课, 在专业课程体系中处于至关重要的位置。本文以《计算机控制技术》的课程实验为基础, 总结了实验过程中所遇到的困难以及实验教学中所面临的问题, 介绍了在实验教学改革中已经取得一定效果的具体措施。

关键词：微机原理,课程,实验教学

参考文献

[1]马常旺, 林卫星, 谢建军.计算机控制技术实验课的改革与实践[J].实验技术与管理, 2004, (2) :125-128.

[2]孙坚, 王强.宽口径培养模式下《计算机控制技术》的教改与实践[J].中国电力教育, 2013, (28) :130-131.

[3]罗胜, 薛光明, 周宏明.建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系[J].现代教育技术, 2008, (7) :113-118.